高效、快速去除挥发性有机化合物（VOCs）对于确保食品质量和人类健康具有重要意义，特别是在冰箱的低温密闭空间内。但由于惰性键和传质问题，在这种条件下实现VOCs的有效降解存在挑战。贵金属（Pt、Pd、Au等）能够产生高活性氧（ROS），有效激活气体分子的惰性键，因此被广泛用于去除VOCs。除了成本高昂，贵金属纳米颗粒容易中毒和失活，导致活性位点的利用受限。这些挑战阻碍了它们的广泛生产和应用。单原子催化剂（SACs）具有活性位点均匀分散的优点，为反应物的吸附和活化提供了丰富的位点。此外，SACs具有理论上最大的金属利用率，有效地节约了成本。SACs具有产生活性氧的能力，作为贵金属纳米颗粒的替代品，在去除VOCs方面具有巨大的应用潜力。非热等离子体（NTP）与催化剂的结合是防止催化剂中毒、实现连续去除低浓度VOCs的可行途径。NTP能提供外部活化，改变催化剂表面的脱附过程，消除副产物中毒。NTP-SACs在VOCs净化技术的未来发展中显示出巨大的前景。

吴宇恩课题组设计了一种装载Fe单原子锚定MnO₂催化剂（FeSAs-MnO₂）的清洁模块。高催化活性的Fe单原子与富缺陷MnO₂载体有效地激活了分子氧，促进了ROS的生成。清洁模块搭载了NTP和循环风机，能够有效消除副产物中毒，促进催化活性的再生和改善传质。FeSAs-MnO₂清洁模块在去除三甲胺（TMA）方面表现出优异的性能，9分钟内实现98.9%的转化效率（CE），循环稳定性好。值得注意的是，该清洁模块即使在4-8°C下也能保持98.5%的CE。加速老化试验预测，清洁模块的使用寿命长达45年，远超冰箱的使用周期和市售其他同类型产品。FeSAs-MnO₂清洁器模块集合了低温催化活性，稳定性以及易于规模化生产的优势，在冰箱净味中有着强大的商业应用潜力。

图1 FeSAs-MnO₂的（a）合成示意图，（b）EDS mapping，（c）HRTEM和（d）AC HAADF-STEM图像。

图2 （a）XRD谱图。FeSAs-MnO₂的（b）XANES，（c）EXAFS谱图。（d）Fe 2p，（e）O 1s和（f）Mn 2p的XPS谱图。

图3 净化陶瓷的（a）合成示意图和（b）实物图。（c）清洁模块装置示意图。（d）测试箱示意图。（e）NTP对FeSAs-MnO₂清洁模块CE的影响。（f）清洁模块的催化速率。（g）催化剂的EPR。

图4清洁模块的（a）循环稳定性和（b）加速老化测试。（c）冰箱示意图和（d）清洁模块实物图。（e）清洁模块的TOF。

吴宇恩，中国科学技术大学应用化学系教授，中国科学技术大学第一附属医院兼职教授，博士生导师。近些年来专注于单原子、团簇催化剂的理性设计及其工业化应用探索。2015年获基金委优秀青年基金资助，2018年结题汇报时获优秀。2017年获国家重点研发计划纳米专项青年项目资助并任首席（中期答辩获优秀项目推荐），2017年获得中组部青年拔尖人才资助，2018年获得中国化学会纳米化学新锐奖，2019年获得中国化学会青年化学奖，2020年获得霍英东青年教师奖。2015年来，申请人以通讯作者（含共同）身份在国际主流期刊发表学术论文100余篇，包括Nat. Catal. 3篇，Nat. Commun. 7篇、J. Am. Chem. Soc. 12篇、Angew. Chem. Int. Ed. 14篇，Adv. Mater 7篇，PNAS 2 篇，Joule 1篇，Chem 2篇，Energy. Environ. Sci. 2篇等，近5年内，论文总引用超2.1万余次，h-index 67，2020-2022年入选科睿唯安高被引科学家。目前担任期刊Science Bulletin副主编，Industrial Chemistry & Materials编委， Science China Materials编委，Small Methods 客座编辑（单原子催化专刊），无机化学学报青年编委，Chemical Research in Chinese Universities 青年编委，内燃机协会燃料电池分会委员，生物物理协会纳米酶分会委员。

Wang Y, Zhang J, Zhang Y, et al. Single Fe atom-anchored manganese dioxide for efficient removal of volatile organic compounds in refrigerator. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-023-6390-7.